Методы почвенных исследований. Учебно-методическое пособие

ют и прибавляют 2 см3 реактива Несслера. Доводят раствор до метки дистиллированной водой и оставляют на 10

– 15 минут для развития окраски. Колориметрируют при 400 нм, с толщиной кюветы – 1 см. Желательно, чтобы все реагенты были охлаждены до 5 – 100С.

Приготовление стандартных растворов

Отвешивают на аналитических весах 0,3820 г хлорида аммония и растворяют в мерной колбе на 1 дм3 дистиллированной воды. Концентрация N в растворе 0,1 мг/мл. Рабочий эталонный раствор (10 мкг N/мл) получают, разбавляя запасной в 10 раз. Для получения рабочих образцовых растворов необходимо отмерить основной эталонный раствор в мерные колбы емкостью 50 см3 в следующих количествах:

Колбы со стандартным раствором обрабатывают аналогично пробе. По найденным значениям оптических плотностей и содержанию азота строится калибровочный график.

Вычисление результатов анализа:

Содержание азота (в %) рассчитывают по формуле:

N% a p 100 m 1000

где: a – содержание азота в пробе, найденное по графику, мг; m – навеска почвы, мг; р – разведение.

71

Определение группового и фракционного состава гумуса

План занятия 1. Освоение методов определения группового и

фракционного состава гумуса.

Задания для самостоятельной внеурочной работы студентов

1.Проработать тему по рекомендуемой литературе

2.Законспектировать и выучить методику определения группового и фракционного состава гумуса.

Основные вопросы для контроля теоретических знаний

1.Сравнительная характеристика методов определения содержания общего углерода почвы.

2.Характеристика методов анализа группового и фракционного состава гумуса.

3.Методы определения содержания и состава легкоразлагаемых органических веществ в почвах.

Задания для работы студентов в лаборатории 1. Освоить метод определения группового и фракци-

онного состава гумуса.

Органическое вещество почвы – это все органические соединения, находящиеся в пределах почвенной толщи и утратившие связь с живыми организмами. К органическим веществам почвы относятся: специфические гумусовые вещества, неспецифические органические соединения, т.е. органические вещества, входящие в ткани отмерших частей растений и животных, лесной опад, корни и т.д.

Специфические гумусовые вещества подразделяются на 3 основные группы: фульвокислоты (ФК), гуминовые кислоты (ГК) и гумины. В свою очередь, каждую из ука-

72

занных групп можно разделить на отдельные фракции различными методами. Соответственно различают групповой и фракционный состав гумуса. Неспецифические гумусовые вещества содержат в своем составе вещества индивидуальной природы: полисахариды, аминокислоты, полифенолы, низкомолекулярные кислоты и т.д., которые могут быть как в относительно свободном состоянии, так и в различных формах связи друг с другом и с гумусовыми веществами. В последнем случае, их можно определить только после разрушения. Отделение собственно гумусовых веществ от веществ индивидуальной природы – один из проблематичных вопросов в исследовании гумуса. Проблематичным остается и строение молекулы собственно гумусовых веществ: их химическая формула остается неизвестной вплоть до настоящего времени, хотя и существует целый ряд гипотетических построений.

Следует отметить, что в почвах гумусовые вещества присутствуют в основном в форме органо-минеральных соединений с различной прочностью связи, что затрудняет их изучение.

Все методы изучения органического вещества почв условно можно подразделить на 2 большие группы. К 1-й группе относятся методы, которые служат для общей характеристики органического вещества почвы. Это методы определения общего содержания гумуса, углерода, азота, фосфора и серы, органических веществ, группового и фракционного состава гумуса, биохимического состава растительных остатков. Ко 2-й группе следует отнести специальные методы, направленные на исследование состава, структуры и свойств гумусовых веществ. Это методы препаративного выделения гумусовых веществ, методы их фракционирования различными приемами, определение степени конденсированности, элементного состава, оптических свойств и др.

73

Лабораторная работа №9. Определения состава гумуса ускоренным пирофосфатным методом по Кононовой и Бельчиковой

Аппаратура и материалы:

1.Весы лабораторные 1-го специального класса точности с наибольшим пределом взвешивания 200,0 г (ГОСТ 24104) и 3-го класса точности с наибольшим пределом взвешивания 500,0 г (ГОСТ 24104) или аналогичные.

2.Спектрофотометр или фотоэлектроколориметр.

3.Колбы мерные 2-го класса точности объемом 50, 100 и 1000 см3.

4.Цилиндр мерный (ГОСТ 1770) объемом 100 см3.

5.Пипетки мерные 2-го класса точности объемом 5,

10 и 25 см3.

6. Бюретка со стеклянным краном (ГОСТ 1770) объемом 25 мл.

7. Колбы конические (ГОСТ 25336) объемом 100 и 500 см3.

8. Воронка лабораторная (ГОСТ 25336).

9. Баня водяная, лабораторная.

10. Бумага фильтровальная (ГОСТ 12026).

Реактивы:

1.Пирофосфат натрия с NaOH: 44,6 г Na4P2O7*10H2O и 4 г NaOH растворить в небольшом количестве дистиллированной воды и довести объем до 1 л.

2.Кислота серная кислота (ГОСТ 4204 «хч»), d = 1,84, 0,1 и 1,0 н раствор.

3.Натрия сульфат (ГОСТ 4171 «хч»), насыщенный

раствор.

4.Гидроксид натрия (ГОСТ 4328 «чда»), 0,1 н раствор.

74

Ход работы

На технических весах взять 10 г почвы и перенести в коническую колбу на 250 – 300 см3. Прилить цилиндром 200 см3 свежеприготовленного раствора пирофосфата натрия и закрыть колбу резиновой пробкой для изоляции от углекислого газа. Колбу с раствором оставить на 16 – 18 ч, перемешивая несколько раз. Прибавить пипеткой 50 см3 насыщенного раствора Na2SO4 (т.е. в количестве 1/4 объема жидкости) для коагуляции илистых частиц и ускорения фильтрации, оставить на 15 – 20 мин, перемешать и фильтровать через гладкий бумажный фильтр, перенося первые порции фильтрата снова на фильтр до тех пор, пока фильтрат не будет прозрачным. Взять пипеткой от 2 до 50 см3 фильтрата (в зависимости от интенсивности окраски) для определения общего углерода.

Определение содержания гуминовых кислот. Взять пипеткой 20 – 50 см3 пирофосфатной вытяжки в коническую колбу на 100 см3. Прибавить пипеткой соответственно 10 или 25 см3 1,0н. раствора серной кислоты, доводя рН раствора до 1,3 – 1,5. Поставить колбу на водяную баню и при 70 – 80°С нагревать до образования и отстаивания хлопьев гуминовой кислоты. Теплый раствор отфильтровать через фильтр «белая лента».

Осадок гуминовых кислот в колбе и на фильтре промыть 2 – 3 раза от примеси фульвокислот 0,1 н раствором серной кислоты. Воронку с осадком гуминовых кислот вставить в ту же колбу, в которой проводилось осаждение. Осадок на фильтре и в колбе растворить из промывалки небольшими порциями горячего 0,1н раствора NaOH. Раствор охладить, перенести в мерную колбу на 100см3, ополаскивая небольшими порциями воды, довести водой до метки, перемешать. Взять пипеткой 5 – 25 см3 фильтрата в коническую колбу для определения углерода гуминовых кислот. Углерод фульвокислот вычисляется по разности

75

между общим углеродом щелочной вытяжки и углеродом гуминовых кислот.

Свободные и связанные с подвижными формами R2O3 гуминовые кислоты.

Взять в коническую колбу на 300 – 400 см3 навеску почвы от 2,5 до 20 г в зависимости от общего содержания в почве гумуса.

Прилить цилиндром 200 см3 0,1 н раствора NaOH, перемешать и оставить на ночь, закрыв колбу корковой пробкой. Прилить пипеткой 50 см3 насыщенного раствора Na2SO4 для коагуляции илистых частиц, перемешать колбы, оставить на 15 – 20 мин. Перемешать и отфильтровать через бумажный фильтр, перенося на фильтр раствор с почвой. Первые порции фильтрата снова вылить на фильтр с почвой, добиваясь абсолютной прозрачности фильтрата.

В отдельных порциях вытяжки провести следующие определения.

1. Определение органического углерода.

2. Определение органического углерода бурых гуминовых кислот

Взять пипеткой 50 – 100 см3 щелочной вытяжки в коническую колбу на 200 см3. Прибавить пипеткой двойное эквивалентное количество 1,0 н раствора H2SO4 (концентрация свободной серной кислоты должна быть в подкисленной вытяжке около 0,05 н и рН раствора 1,3 – 2,5; осаждение гуминовых кислот концентрированной серной кислотой недопустимо). Раствор нагревать до 70 – 80°С (не доводить до кипения). Отфильтровать через беззольный фильтр.

76

Осадок гуминовых кислот в колбе и на фильтре промыть 2 – 3 раза 0,1 н раствором серной кислоты. Воронку с осадком гуминовых кислот на фильтре вставить в ту же колбу, в которой проводилось осаждение, так как на их стенках всегда остаются частицы гуминовых кислот. На фильтр из промывалки приливать небольшие порции раствора 0,1 н NaOH. Раствор перенести в мерную колбу на 100 см3 щелочным раствором 0,1 н NaOH и им же довести объем до черты, перемешать. Взять аликвоту для определения углерода гуминовых кислот.

Углерод фульвокислот вычисляют по разности между общим углеродом щелочной вытяжки и углеродом гуминовых кислот.

Вычисление результатов анализа:

По полученным данным заполняют таблицу 4 и 5.

Таблица 4 – Содержание органического углерода в вытяжках из почв

Таблица 5 – Углерод фракций гумуса, % к общему органическому углероду почвы

77

Гуминовые кислоты:

Фракция 1 – растворима непосредственно в 0,1н NaOH, свободная и связанная с подвижными полуторными окислами.

Фракция 2 – связанная в основном с кальцием (Сгк

Na4P2O7 – Сгк NaOH)

Фульвокислоты:

Фракция 1 + 1а – растворима непосредственно в 0,1н NaOH, свободная и связанная с подвижными полуторными окислами, фракцией 1 гуминовых кислот.

Фракция 2 – связанная с фракцией 2 гуминовых кислот (Сфк Na4P2O7 – Сфк NaOH).

Параметры гумусного состояния почв

План занятия 1. Научиться рассчитывать и применять основные

параметры гумусного состояния почв.

Задания для самостоятельной внеурочной работы студентов

1. Проработать тему по рекомендуемой литературе.

Основные вопросы для контроля теоретических знаний

1.Характеристика состояния органического вещества в почвах.

2.Использование данных фракционно-группового состава гумуса, состава и свойств гумусовых веществ для диагностики почв и почвенных процессов.

3.Методы изучения минерализации и гумификации растительных остатков и трансформации гумуса.

4.Коэффициенты минерализации и гумификации.

5.Баланс гумуса и методы его изучения.

78

Задания для работы студентов в лаборатории 1. Рассчитать основные параметры гумусного состоя-

ния исследуемой почвы.

Гумусное состояние почв характеризуется большим набором показателей, отражающих уровни накопления гумуса в почве, его профильное распределение, качественный состав, образование органоминеральных производных и миграционную способность гумусовых веществ. Набор определяемых показателей гумусного состояния почв может меняться в зависимости от стоящей перед исследователем задачи.

Важнейшие из этих показателей, используемые в генетических, агрономических целях, приведены в таблице 6.

Одним из важнейших показателей является содержание гумуса в перегнойно-аккумулятивном горизонте, а для культурных почв – в пахотном горизонте. С этим показателем связаны практически все свойства почвы, влияющие на ее плодородие. Однако только этот показатель недостаточен ни для оценки обеспеченности почвы гумусом, ни для выявления темпов гумусонакопления. Более полную характеристику дает учет запасов гумуса.

Необходимость учета запасов гумуса вытекает из следующих примеров. В почвах легкого механического состава содержание гумуса обычно бывает ниже, чем в аналогичных, но более тяжелых по механическому составу почвах, хотя при большей мощности гумусированной толщи запас гумуса в легкой почве может оказаться не меньше, а даже больше, чем в тяжелой. Сравнение двух таких почв только по концентрации гумуса в верхнем горизонте может привести к неверным выводам о замедленных темпах гумусонакопления в легких почвах. Учет запасов гумуса позволяет избежать такого рода ошибок.

79

Таблица 6 – Показатели гумусного состояния почв (по Гришиной и Орлову)

80